2. Filosofi Proteksi Transmisi

PT PLN (Persero) Pusat Pendidikan dan Pelatihan Transmission and Live Maintenance Academy

FILOSOFI PROTEKSI TRANSMISI

3. FILOSOPHI PROTEKSI TRANSMISI Sistem pengaman suatu peralatan karena berbagai macam faktor dapat mengalami kegagalan operasi (gagal operasi). Berdasarkan hal-hal tersebut maka suatu sistem proteksi dapat dibagi dalam dua kelompok, yaitu : 3.1. Proteksi Utama Proteksi Utama merupakan sistem proteksi yang diharapkan segera bekerja jika terjadi kondisi abnormal atau gangguan pada daerah pengamanannya. 3.1.1

Distance Relay / DEF

Distance relay digunakan sebagai pengaman utama (main protection) pada SUTT/SUTET dan sebagai backup untuk seksi didepan. Distance Relay bekerja dengan mengukur besaran impedansi (Z) transmisi dibagi menjadi beberapa daerah cakupan yaitu Zone-1, Zone-2, Zone-3, serta dilengkapi juga dengan teleproteksi (TP) sebagai upaya agar proteksi bekerja selalu cepat dan selektif di dalam daerah pengamanannya. 3.1.1.a Prinsip Kerja Relai Jarak Relai jarak mengukur tegangan pada titik relai dan arus gangguan yang terlihat dari relai, dengan membagi besaran tegangan dan arus, maka impedansi sampai titik terjadinya gangguan dapat di tentukan. Perhitungan impedansi dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut : Zf= Vf / If Dimana :

Zf

= Impedansi (ohm)

Vf = Tegangan (Volt) If

= Arus gangguan

Relai jarak akan bekerja dengan cara membandingkan impedansi gangguan yang terukur dengan impedansi setting, dengan ketentuan :

Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal

1





Bila harga impedansi ganguan lebih kecil dari pada impedansi seting relai maka relai akan trip.



Bila harga impedansi ganguan lebih besar dari pada impedansi seting relai maka relai akan tidak trip.

Menurut jenis gangguan pada sistem tenaga listrik, terdiri dari gangguan hubung singkat tiga fasa, dua fasa, dua fasa ke tanah dan satu fasa ke tanah. Relai jarak sebagai pengaman utama harus dapat mendeteksi semua jenis gangguan dan kemudian memisahkan sistem yang terganggu dengan sistem yang tidak terganggu. 3.1.1.b Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa Pada saat terjadi gangguan tiga fasa yang simetris maka amplitudo tegangan fasa VR,VS,VT turun dan beda fasa tetap 120 derajat. Impedansi yang diukur relai jarak pada saat terjadi gangguan hubung singkat tiga fasa adalah sebagai berikut : Vrelai = VR

Irelai = IR

ZR= VR /IR

Dimana, ZR

= impedansi terbaca oleh relai

VR

= Tegangan fasa ke netral

IR

= Arus fasa

3.1.1.c Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa Untuk mengukur impedansi pada saat terjadi gangguan hubung singkat dua fasa, tegangan yang masuk ke komparator relai adalah tegangan fasa yang terganggu, sedangkan arusnya adalah selisih (secara vektoris) arus-arus yang terganggu. Maka pengukuran impedansi untuk hubung singkat antara fasa S dan T adalah sebagai berikut : V relai

=

VS – VT

I relai

=

IS – IT

ZR

=

Sehingga, ( VS – VT ) / ( IS – IT)


2



Tabel. 3.1.1.c Tegangan dan arus masukan relai untuk gangguan hubung singkat dua fasa Fasa yang terganggu

Tegangan

Arus

R-S

VR-VS

IR-IS

S-T

VS-VT

IS-IT

T-R

VT-VR

IR-IT

3.1.1.d Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah Untuk mengukur impedansi pada saat hubung singkat satu fasa ke tanah, tegangan yang dimasukkan ke relai adalah tegangan yang terganggu, sedangkan arus fasa terganggu di tambah arus sisa dikali factor kompensasi. Misalnya terjadi gangguan hubung singkat satu fasa R ke tanah, maka pengukuran impedansi dilakukan dengan cara sebagai berikut : Tegangan pada relai

: Vrelai = VR

Arus pada relai

: Irelai = IR+K0.In

Arus netral

: In=IR+IS+IT

Kompensasi urutan nol

: K0=1/3(Z0-Z1/Z1) Z1 =VR/(IR+K0.In) Tabel 2.2.3.

Tegangan dan arus masukan relai untuk gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah Fasa yang

Tegangan

Arus

terganggu R-N

VR

IR+K0.In

S-N

VS

IS+K0.In

T-N

VT

IT+K0.In


3



Impedansi urutan nol akan timbul pada gangguan tanah. Adanya K0 adalah untuk mengkompensasi adanya impedansi urutan nol tersebut. Sehingga impedansi yang terukur menjadi benar. 3.1.1.e Karakteristik Distance Relay Contoh Karakteristik Distance Relay

Gambar 1 : Phase Fault Quadrilateral Characteristics

Gambar 2 : Earth Fault Quadrilateral Characteristics Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal

4



Gambar 3 : Resistive Reaches for Load Avoidance

Gambar 4 : Power Swing Detection Characteristics

Power swing adalah variasi aliran daya dimana relai jarak mendeteksi ada lokus impedan yang bergerak dari daerah beban memasuki daerah kerja relai jarak.


5



Gambar 5a : Characteristics for the phase-to-earth measuring loops,ohm/loop domain

Gambar 5b : Loop model for the phase-to-earth fault.


6



Measuring principles for the phase-to-earth fault.

Gambar 6a : Characteristics for the phase-to-phase measuring loops.


7



Gambar 6b : Loop model for the phase-to-phase fault. Measuring principles for the phase-to-phase fault.

3.1.1.f Pola Proteksi Distance Relay Pada dasarnya relai jarak memberikan tripping seketika untuk gangguan pada kawasan zone-1, yang mencakup sekitar 80 % dari panjang saluran. Sedangkan untuk gangguan diluar daerah zone-1 trip dilakukan dengan perlambatan waktu. Agar gangguan pada penghantar yang bersangkutan trip pada basic timenya maka pada relai jarak dilengkapi dengan teleproteksi.


8



Berikut gambar logic pola dasar dan pola teleproteksi pada distance relay.

Gambar 5 : Logic Diagram for the Basic Scheme

Pola PUTT (Permissive Underreach Transfer Trip) Prinsip Kerja dari pola PUTT : 

Pengiriman carrier (sinyal trip) dilakukan bila gangguan dirasakan pada zone-1



Trip seketika (waktu zone 1) terjadi pada dua kondisi sebagai berikut : (1). Gangguan pada zone-1 (2). Rele mendeteksi gangguan pada zone-2 dan menerima carrier dari GI lawan

Gambar 6 : The PUP Z2 Permissive Underreach Scheme Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal

9



Kelebihan pola PUTT : -

Untuk gangguan di daerah ujung saluran yang diamankan (zone-2), rele di kedua ujung saluran yang diamankan akan trip seketika karena menerima sinyal trip dari rele diujung yang lain CS A A

B

CS B

-

Jika pengiriman sinyal gagal rele diharapkan masih bisa selektif, artinya untuk gangguan di luar daerah pengaman rele tidak bekerja.

Kekurangan pola PUTT : -

Adanya sinyal trip dari rele B akan menyebabkan rele A bekerja seketika untuk gangguan diluar daerah pengamananya tetapi masih zone-2, sehingga rele tidak selektif.

-

Jika pengiriman sinyal gagal, dari A ke B tidak akan terjadi trip seketika tetapi trip dengan t2 (lebih lambat) sesuai penyetelan rele.

Sinyal palsu A

Zone2B

B  Pada saat terjadi gangguan rele A akan

Zone-2A mengirimkan sinyal trip ke-B, tetapi B tidak melihatnya sebagai zone-2 karena Sinyal palsu arus yang mengalir melalui rele B sangat kecil

-

Trip seketika bisa tidak terjadi jika pada salah satu ujung saluran tidak  Ketika sudah terbuka, arus mengalir ada/kecil infeed (pembangkitan), halCB ini A dapat digambarkan sebagai berikut : melalui B (sehingga B melihat zone-2)


tetapi rele tidak akan trip seketika karena

10

rele A sudah berhenti mengirim sinyal




I0



I


Pola POTT (Permissive Overreach Transfer Trip) Prinsip Kerja dari pola POTT : 

Pengiriman carrier (sinyal trip) dilakukan bila gangguan dirasakan pada zone-2



Trip seketika (waktu zone-1) terjadi pada dua kondisi sebagai berikut (a). Gangguan pada zone-1 (b). Rele mendeteksi gangguan pada zone-2 dan menerima carrier dari GI lawan

Sehingga diagram logikanya dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 7 : Logic Diagram for the POP Z2 Scheme Pola Blocking Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal

11


-


Pengiriman sinyal blocking (agar rele tidak bekerja) dilakukan oleh zone arah belakang (reverse).

Z3 (A)

Z3 REVERSE (A) Z2 (A) A

B

Z1 (A) Z1 (B) Z2 (B) Z3 (B)

Z3 REVERSE (B)

Diagram logikanya adalah sebagai berikut :

Gambar 8 : Logic Diagram for the BOP Z2 Scheme


12


-


Jika relai A merasakan gangguan di zone-2 dan relai B mendeteksi gangguan tersebut pada zone-3 reverse, maka relai B akan mengirim sinyal blocking ke relai A sehingga relai A tidak trip seketika tetapi trip dengan waktu tunda t2 (waktu zone-2).

-

Trip seketika akan terjadi untuk dua kondisi berikut : a. Gangguan pada zone-1 b. Relai mendeteksi zone-2 dan tidak menerima sinyal blocking

Kelebihan pola blocking -

Trip seketika akan terjadi untuk gangguan didalam daerah yang diamankan

-

Trip seketika masih akan terjadi walaupun di ujung terminal lain tidak terdapat/sedikit infeed (pembangkitan)

Kekurangan pola blocking -

Jika pengiriman sinyal gagal, trip seketika akan terjadi untuk gangguan pada saluran seksi berikutnya, sehingga rele bekerja tidak selektrif.

3.1.1.g Autoreclose Saluran udara tegangan tinggi (SUTT/SUTET) merupakan salah satu bagian sistem yang paling sering mengalami gangguan, sebagian besar dari sumber gangguan tersebut (sekitar 80 %) bersifat temporer[2] yang akan segera hilang setelah Pemutus Tenaga (PMT) trip. Agar kesinambungan pelayanan/ suplai energi listrik tetap terjaga serta batas stabilitas tetap terpelihara maka PMT dicoba masuk kembali sesaat setelah kejadian trip diatas. Dengan memasukan kembali PMT ini diharapkan dampak gangguan yang bersifat temporer tersebut dapat dikurangi.


13



Untuk mengurangi dampak gangguan tersebut terhadap keandalan penyediaan tenaga listrik, khususnya pada saat terjadi gangguan temporer, maka pada SUTT/ SUTET tersebut dipasang auto recloser (A/R). Pengoperasian auto-recloser diharapkan dapat meningkatkan availability (ketersediaan) SUTT/ SUTET, hal ini berarti peluang (lama dan frekuensi) konsumen terjadi padam dapat dikurangi.

Namun sebaliknya, pengoperasian A/R secara tidak tepat dapat menimbulkan

kerusakan pada peralatan, sehingga dapat menimbulkan dampak pemadaman meluas serta waktu pemulihan yang lebih lama. Faktor Teknis Yang Dipertimbangkan dalam Pengoperasian Autoreclose Umum. A/R tidak boleh bekerja pada kondisi. a.

PMT dibuka secara manual atau beberapa saat setelah PMT ditutup secara manual.

b.

PMT trip oleh Circuit Breaker Failure (CBF) atau Direct Transfer Trip (DTT).

c.

PMT trip oleh pengaman cadangan (Z2, Z3, OCR/GFR).

d.

PMT trip oleh Switch On To Fault (SOTF). Bila relai proteksi SUTT tidak dilengkapi dengan fungsi SOTF, maka perlu ditambahkan sirkit A/R blok untuk menunda fungsi A/R setelah PMT dimasukan secara manual. Lama waktu tunda sirkit A/R blok akan ditentukan kemudian.

e.

PMT trip oleh out of step protection (bila ada pola out of step trip).

A/R tidak boleh dioperasikan pada : a.

SKTT

b.

SUTT yang tersambung ke trafo dengan sambungan T (Gambar 9).


14



Gambar 9 : SUTT yang tersambung ke trafo dengan sambungan T Mempertimbangkan dampak terhadap kerusakan peralatan pada saat gangguan permanen maka A/R dioperasikan hanya dengan single shot. Pola A/R yang dapat diterapkan adalah : a.

A/R cepat untuk 1 (satu) fasa, 3 (tiga) fasa dan 1+3 (satu atau tiga) fasa.

b.

A/R lambat untuk 3 (tiga) fasa.

Pemilihan pola diatas dengan mempertimbangkan batasan-batasan yg dijelaskan di bawah ini. Faktor yang mempengaruhi pola A/R. Pemilihan pola single phase auto reclosing (SPAR) atau three phase auto reclosing (TPAR) dengan waktu reclose cepat atau lambat harus mempertimbangkan konfigurasi jaringan :

-

a.

Jaringan radial sirkit tunggal.

b.

Jaringan radial sirkit ganda.

c.

Jaringan looping sirkit tunggal.

d.

Jaringan looping sirkit ganda.

Pemilihan pola single phase auto reclosing (SPAR) atau three phase auto reclosing (TPAR) dengan waktu reclose cepat atau lambat harus mempertimbangkan batas stabilitas

sistem,

karaktesitik

PMT

dan

peralatan

proteksi

yang

digunakan.

Pertimbangan ini menyangkut besarnya nilai setelan untuk dead time dan reclaim time. -

Pemilihan pola A/R dengan waktu reclose cepat atau lambat harus mempertimbangkan persyaratan pada kedua ujung saluran antara lain a.

kemungkinan reclose pada gangguan permanen.

b.

kemungkinan gagal sinkron pada saat reclose.

c.

salah satu sisi tersambung ke unit pembangkit.

d.

penutupan dua pmt yang tidak serentak.

Pengoperasian High Speed A/R (A/R cepat) Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal

15



- Pengoperasian A/R cepat dapat diterapkan bila persyaratan di bawah ini dipenuhi a.

Siklus kerja (duty cycle) dari PMT sesuai untuk operasi dengan A/R cepat.

b.

Sistem proteksi di semua ujung saluran bekerja pada basic time/ instantenous.

c.

Kemampuan poros turbin (terutama yang berporos panjang) dan belitan stator generator perlu diperhatikan , sehingga pengoperasian high speed A/R 3 fasa pada SUTT/SUTET di GI pembangkit atau yang dekat pembangkit dilakukan setelah ada kepastian bahwa operasi high speed A/R 3 fasa tidak membahayakan turbin dan generator.

d.

Operasi high speed A/R 3 (tiga) fasa khususnya pada sistem 500 KV (SUTET) tidak boleh diterapkan bila hasil studi menunjukan bahwa high speed reclosing akan dapat menimbulkan tegangan lebih transien yang melebihi nilai desain yang diijinkan.

-

Penerapan A/R cepat 1(satu) fasa dapat diterapkan pada konfigurasi atau sistem berikut :

-

a.

SUTET

b.

SUTT jaringan radial sirkit tunggal atau ganda.

c.

SUTT jaringan looping sirkit tunggal atau ganda.

Penerapan A/R cepat 3 (tiga) fasa a.

b.

Dapat diterapkan pada konfigurasi atau sistem berikut : 





Pengoperasian high speed A/R 3 fasa , disamping memberikan keuntungan pada sistem yaitu memperbaiki stability margin, mengurangi terjadinya pembebanan kritis akibat gangguan pada SUTT/SUTET maupun pada saluran interkoneksi,

juga

memberikan

resiko

berupa

kemungkian

terjadinya

gangguan yang lebih parah bila operasi A/R pada saat ada gangguan permanen. -

Dengan demikian maka pengoperasian high speed A/R 3 (tiga) fasa harus didahului dengan keyakinan (berupa hasil studi) bahwa pengoperasian A/R akan memberi manfaat yang besar dengan resiko yang kecil.


16


-


Penerapan A/R cepat 3 (tiga) fasa untuk jaringan looping harus dilengkapi dengan relai synchro check atau relai lain (rele daya) yang dapat berfungsi untuk memastikan bahwa kondisi sinkron pada PMT yang akan reclose masih dipenuhi.

Pengoperasian A/R lambat 3 (tiga) fasa (delayed A/R ) -

Pengoperasian A/R lambat hanya diterapkan pada A/R 3 (tiga) fasa.

-

Pengoperasian A/R lambat 3 (tiga) fasa dipilih bila pengoperasian A/R cepat 3 fasa menghadapi kendala.

-

Penerapan A/R lambat 3 (tiga) fasa dapat diterapkan pada konfigurasi atau sistem berikut :

-

a.


b.


Mempertimbangkan stres pada poros generator maka disarankan agar operasi reclose PMT pada SUTT/SUTET yang terganggu dilakukan secara berurutan dimulai dari PMT yang jauh dari pembangkit atau yang fault levelnya lebih kecil, baru kemudian PMT yang dekat pembangkit ( secara manual atau dengan auto recloser).

-

Operasi reclose dua PMT dengan serentak sulit dicapai sehingga pada ujung SUTT/SUTET yang tersambung ke GI dengan pola 11/2 (satu setengah) PMT perlu diperhatikan kemungkinan terjadinya penutupan dua PMT yang tidak serentak. Khusus pada

gangguan

permanen,

penutupan

dua

PMT yang

tidak

serentak

akan

menyebabkan gangguan berlangsung lebih lama dan menimbulkan gangguan baru yang lebih parah. Untuk mengurangi kemungkinan terjadinya hal tersebut, disarankan pertama reclose untuk pmt line yang terhubung langsung ke busbar baru kemudian PMT tengah setelah PMT pertama berhasil masuk. -

Synchro check relay Pengoperasian A/R lambat 3 fasa harus dikontrol oleh relai synchro check atau relai lain (seperti rele daya) yang dapat berfungsi untuk memastikan bahwa kondisi sinkron pada PMT yang akan reclose masih dipenuhi .


17



3.1.1.h Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Pengukuran Distance Relay Pengaruh Infeed dan Outfeed Yang dimaksud infeed dan Outfeed yaitu adanya pengaruh penambahan atau pengurangan arus yang melalui titik terhadap arus yang ditinjau. Adanya pengaruh infeed ini akan membuat impedansi yang dilihat relai seolah-olah menjadi lebih besar atau menjadi lebih kecil.


18



Pengaruh Tahanan Gangguan Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal

19



Tahanan gangguan merupakan tahanan murni, bila tambah secara vektoris dengan impedansi saluran maka akan menggeser lokus impedan menjadi lebih besar sehingga relai menjadi lebih lambat (Z2,Z3) atau tidak trip sama sekali (diluar jangkauan setting). Penyebab dari tahanan gangguan pada SUTT/SUTET adalah : terjadi hubung singkat yang menimbulkan busur api akibat terkena pohon, layangan, binatang, manusia dan sambaran petir.

Mutual Impedansi Bila SUTT/SUTET menggunakan satu tower digunakan untuk sirkit-1 dan sirkit-2 maka akan timbul mutual inductive kopling diantara dua sirkit tersebut. Untuk pengukuran impedansi urutan positif dan negative pengaruh mutual kopling sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Namun untuk pengukuran impedansi urutan nol maka pengaruh mutual kopling tidak bisa diabaikan. Proteksi penghantar yang hanya menggunakan pengukuran arus, seperti pembanding phase atau pilot wire tidak dipengaruhi oleh mutual kopling. Effects of Mutual Coupling on Distance Settings Where overhead lines are connected in parallel or run in close proximity for the whole or part of their length, mutual coupling exists between the two circuits. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal

20



The positive and negative sequence coupling is small and can be neglected. The zerosequence coupling is more significant and will affect relay measurement during earth faults with parallel line operation. Zero sequence mutual coupling will cause a distance relay to underreach or overreach, depending on the direction of zero sequence current flow in the parallel line. However, it can be shown that this underreach or overreach will not affect relay discrimination during parallel line operation (ie. it is not be possible to overreach for faults beyond the protected line and neither will it be possible to underreach to such a degree that no zone 1 overlap exists). A channel-aided scheme will therefore still respond to faults within the protected line and remain secure during external faults. Some applications exist, however, where the effects of mutual coupling should be addressed. Effect of Mutual Coupling on Zone 1 Setting

For the case shown in Figure 4, where one circuit of a parallel line is out of service and earthed at both ends, an earth fault at the remote bus may result in incorrect operation of the zone 1 earth fault elements. It may be desireable to reduce the zone 1 earth loop reach for this application. This can be achieved using an alternative setting group within the relay, in which the residual compensation factor kZ1 is set at a lower value than normal (typically ≤ 80% of normal kZ1) Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal

21



Effect of Mutual Coupling on Zone 2 Setting

If the double circuit line to be protected is long and there is a relatively short adjacent line, it is difficult to set the reach of the zone 2 elements to cover 120% of the protected line impedance for all faults, but not more than 50% of the adjacent line. This problem can be exacerbated when a significant additional allowance has to be made for the zero-sequence mutual impedance in the case of earth faults (see Section 2.4.6). For parallel circuit operation the relay Zone 2 earth fault elements will tend to underreach. Therefore, it is desirable to boost the setting of the earth fault elements such that they will have a comparable reach to the phase fault elements. Increasing the residual compensation factor kZ2 for zone 2 will ensure adequate fault coverage. Under single circuit operation, no mutual coupling exists, and the zone 2 earth fault elements may overreach beyond 50% of the adjacent line, necessitating time


22



discrimination with other Zone 2 elements. Therefore, it is desirable to reduce the earth fault settings to that of the phase fault elements for single circuit operation, as shown in Figure 5. Changing between appropriate settings can be achieved by using the alternative setting groups available in the relay series relays. Source to Line Impedance Ratio (SIR). SIR

adalah

perbandingan

impedansi

sumber

terhadap

impedansi

penghantar, sehingga panjang penghantar menjadi salah satu faktor terhadap besaran SIR. SIR menunjukan kekuatan sistem yang akan diproteksi, makin kecil SIR makin kuat sumber yang memasok SUTT tersebut. Dari uraian di atas terlihat bahwa SIR menjadi pertimbangan dalam menentukan pola proteksi SUTT khususnya yang kinerjanya dipengaruhi oleh besaran SIR. Pemilihan pola proteksi untuk SUTT tergantung dari panjang penghantar yang akan diproteksi atau dengan kata lain tergantung dari besarnya SIR, menurut IEEE Std C17.113-1999 tentang Guide for Protective Relay Applications to Transmission Lines, panjang penghantar dikelompokan menjadi :

a.

Penghantar Pendek dengan SIR > 4

b.

Penghantar Sedang dengan 0.5 < SIR < 4

c.

Penghantar Panjang dengan SIR < 0.5

- Gangguan fasa-fasa Pada gangguan fasa-fasa, tegangan V yang terukur merupakan tegangan fasa-fasa dan perbandingan ZS / ZL masing-masing adalah impedansi sumber urutan positif dan impedansi saluran urutan positif. VS = ZL1 /(ZS+ZL1 ).VR VR>VRelai Zs/ZL1 < Vs/VRelai –1 Dimana : ZL1

= impedansi saluran urutan positif


23


Zs

= mpedansi sumber urutan nol

Vs

= tegangan sumber fasa-fasa


Vrelai = tegangan relai fasa-fasa - Gangguan fasa-tanah Pada gangguan satu fasa ke tanah, tegangan V terukur merupakan tegangan fasanetral dan perbandingan ZS / ZL masing-masing adalah penjumlahan impedansi sumber urutan positif, urutan negatif dan urutan nol. VR=V1 +V2+V0 VR=ZL1 . (2+q)/(ZL1 . (2+q)+ZS. (2+p).VS VR>VRelai ZS1/ZL1 < Vs/VRelai –1 .(2+q)/(2+p) Bila : p=1, q=1 Zs1/Zn1 < Vs/VRPA -1 Dimana : p=ZS0/ZS 1 q=ZL0/ZL1 3.1.1.i Daerah penyetelan relai jarak tiga tingkat Relai jarak pada dasarnya bekerja mengukur impadansi saluran, apabila impedansi yang terukur / dirasakan relai lebih kecil impedansi tertentu akibat gangguan ( Zset < ZF ) maka relai akan bekerja. Prinsip ini dapat memberikan selektivitas pengamanan, yaitu dengan mengatur hubungan antara jarak dan waktu kerja relai. Penyetelan relai jarak terdiri dari tiga daerah pengamanan, Penyetelan zone-1 dengan waktu kerja relai t1, zone-2 dengan waktu kerja relai t2 , dan zone-3 waktu kerja relai t3 . -

Penyetelan Zone-1 Dengan memperti mbangkan adanya kesalahan-kesalahan dari data sal uran, CT, PT, dan peralatan penunjang lain sebesar 10% - 20 % , zone-1 relai disetel 80 % dari panjang saluran yang diamankan. Zone-1 = 0,8 . Z L1 (Saluran) Waktu kerja relai seketika, (t1= 0) tidak dilakukan penyetelan waktu .


24


-


Penyetelan Zone-2 Prinsip peyetelan Zone-2 adalah berdasarkan pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut : Zone-2 min = 1,2 . ZL1 Zone-2 mak = 0,8 (Z L1 + 0,8. ZL2d) Dengan : ZL1 = Impedansi saluran yang diamankan. ZL2d = Impedansi saluran berikutnya yang terpendek (Ù ) Waktu kerja relai t2= 0.4 s/d 0.8 dt.

-

Penyetelan zone-3 Prinsi p penyetelan zone-3 adalah berdasarkan perti mbangan-pertimbangan sebagai berikut : Zone-3min = 1.2 ( ZL1 + ZL2p ) Zone-3mak1 = 0,8 ( ZL1 + 0.8 (ZL2d + 0.8.ZL3) Zone-3mak2 = 0,8 ( ZL1 + k.ZTR ) Dengan :

ZL1

= Impedansi saluran yang diamankan

ZL2p

= Impedansi saluran berikutnya yang terpanjang/terbesar

ZL2d

= Impedansi saluran berikutnya yang terpendek/terkecil

ZL3

= Impedansi saluran berikutnya yang terpanjang/terbesar setelah ZL2d

Waktu kerja relai t3= 1.6 dt. -

Peyetelan zone-3 reverse Fungsi penyetelan zone-3 reverse adalah digunakan pada saat pemilihan teleproteksi pola blocking. Dasar peyetelan zone-3 reverse ada dua jenis :

 Bila Z3 rev memberi sinyal trip. Zone-3 rev = 1.5 Z2-ZL1, waktu kerja relay t Zone-3 rev > t Zone-2

 Bila Z3 rev tidak memberi sinyal trip. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal

25



Zone-3 rev = 2 Z2-ZL1. -

Penyetelan Starting Fungsi starting relai jarak adalah :

a.

Mendeteksi adanya gangguan.

b.

Menentukan jenis gangguan dan memilih fasa yang terganggu.

Prinsip penyetelan starting di bagi 2, yaitu : a. Starting arus lebih : I fasa-fasa = 1.2 CCC atau ct I fasa-netral = 0.1. CCC atau ct b. Starting impedansi Zsmin = 1.25 x Zone-3 Zs max= 0.5 x kV/(CCC atau Ct x√3) -

Penyetelan Resistif reach Fungsi penyetelan resistif reach adalah mengamankan gangguan yang bersifat high resistance. Prinsip penyetelan resistif reach (Rf) tidak melebihi dari kreteria setengah beban (1/2 Z beban ) dan juga memperhatikan rekomendasi dari pabrikan relay.

-

DEF (Directional Earth Fault) Relay Distance Relay jenis numeric saat ini sudah dilengkapi fasilitas relay DEF, relay DEF ini berfungsi untuk mengatasi jenis gangguan yang mempunyai tahanan gangguan tinggi (Rf>>), karena distance relay mempunyai keterbatasan jangkauan resistive yang dibatasi oleh impedansi beban. Distance relay jenis numeric dengan fasilitas relay DEF pada umumnya sudah dilengkapi pola teleproteksi dan juga sudah bisa menentukan fasa yang terganggu, sehingga fungsi SPAR (single Pole Autoreclose) bisa diaktifkan. Dengan fasilitas teleproteksi maka relay DEF sangat selektif untuk mengatasi gangguan satu fasa-netral dengan tahanan tinggi yang tidak bisa diamankan oleh distance relay.


26



Gambar 10 : Vektor DEF pada Suatu Produk Relay

In a normal transmission network a normal value of RCA is about 65°. The setting range is -180° to +180°. polMethod: Defines if the directional polarization is from • Voltage (-3U0) • Current (3I0 · ZNpol where ZNpol is RNpol + jXNpol), or • both currents and voltage, Dual (dual polarizing, -3U0 + 3I0 · ZNpol). IPolMin: is the minimum earth-fault current accepted for directional evaluation. For smaller currents than this value the operation will be blocked. Typical setting is 5-10% of IBase. UPolMin: Minimum polarization (reference) residual voltage for the directional function, given in % of UBase/√3.


27


Arcing (R) sefase VA


-(VB+VC) Vreferensi =  0

IA sefase VA (Cos  = 1)

VA

OPERATING AREA

IA langging 36 VA (Cos  = 0,8) IA

RCA (-60)

IA

(-60) BLOKING AREA

VC

VB

VB+VC Gambar 11 : Vektor DEF hubungan 0° dan - 60° RCA 3.1.2

Current Differential Relay

Prinsip dasar kerja current differensial relay saluran transmisi menghitung perbedaan antara arus masuk dan arus yang keluar pada daerah yang diamankan, karena daerah yang diamankan cukup panjang sehingga diperlukan : - Sarana komunikasi antara relay, maka relay harus sepasang. - Sarana komunikasi bisa melalui kabel pilot atau melalui media fiber optic, tergantung disain pabrikan relay.


28



Gambar 12 : Current Differensial Relay

− Tanpa gangguan atau gangguan eksternal −

Relay A Keadaan gangguan internal

IA +IB = 0

Relay BIA +IB ≠ 0 (= IF)

Contoh karakteristik current differensial relay

Gambar 10 : Relay bias characteristic The characteristic is determined by four protection settings: Is1 is The basic differential current setting which determines the minimum pick-up level of the relay. Simple, Inspiring, Performing, Phenomenal

Relay EndA

A

29

Relay BEnd B



k1 is The lower percentage bias setting used when the bias current is below Ιs2. This provides stability for small CT mismatches, whilst ensuring good sensitivity to resistive faults under heavy load conditions. Is2 is A bias current threshold setting, above which the higher percentage bias k2 is used. k2 is The higher percentage bias setting used to improve relay stability under heavy through fault current conditions. The tripping criteria can be formulated as: a. for |bias| < s2,

|diff| > k1.| bias| + s1

b. for |bias| > s2,

|diff| > k2.| bias| - (k2 - k1). s2 + s1

3.2. Proteksi Cadangan Proteksi Cadangan diperlukan apabila pengaman utama tidak dapat bekerja atau

terjadi

gangguan pada sistem pengaman utama itu sendiri. Pada dasarnya sistem proteksi cadangan dapat dibagi menjadi dua katagori, yaitu a. Sistem proteksi cadangan lokal (local back up protection system) Pengaman cadangan lokal adalah pengamanan yang dicadangkan bekerja bilamana pengaman utama yang sama gagal bekerja. Contohnya : penggunaan OCR atau GFR. b. Sistem proteksi jarak jauh (remote back up protection system) Pengaman cadangan jarak jauh adalah pengamanan yang dicadangkan bekerja bilamana pengaman utama di tempat lain gagal bekerja. Pengaman cadangan lokal dan jarak jauh diusahakan koordinasi waktunya dengan pengaman utama di tempat berikutnya. Koordinasi waktu dibuat sedemikian hingga pengaman cadangan dari jauh bekerja lebih dahulu dari pengaman cadangan lokal. Hal ini berarti bahwa kemungkinan sekali bahwa pengaman cadangan dari jauh akan bekerja lebih efektif dari pengaman cadangan lokal.


30



Dengan penjelasan di atas berarti bahwa waktu penundaan bagi pengaman cadangan lokal cukup lama sehingga mungkin sekali mengorbankan kemantapan sistem demi keselamatan peralatan. Dengan demikian berarti pula bahwa pengaman cadangan lokal hanya sekedar pengaman cadangan terakhir demi keselamatan peralatan.

3.2.1

Over Current Relay & Ground Fault Relay (OCR/GFR)

Relay proteksi cadangan pada transmisi harus terpisah secara fisik dari relay proteksi utama, jadi jika ada permasalahan/kerusakan pada relay proteksi utama maka proteksi cadangan sebagai satu-satunya relay proteksi lokal. Relay proteksi cadangan lokal sesuai standar minimal perusahaan menggunakan OCR/GFR sebagai proteksi gangguan fasa-fasa dan satu fasa ke netral. Relay OCR/GFR tingkat selektifitasnya sudah tidak diperhitungkan karena waktu kerjanya diatas distance relay Zone-2, relay OCR/GFR ini fungsi utamanya sebagai pengaman peralatan. Relai arus lebih memiliki karakteristik long time inverse, standard inverse, very inverse, extremly inverse dan definite. Hubungan I dan t untuk beberapa karakteristik ditunjukan oleh persamaan berikut :

Dimana t : waktu dalam detik I : Arus gangguan Is : Arus seting TMS : time multiplier setting K dan  untuk setiap karakteristik besarnya seperti pada tabel di bawah ini :

Karakteristik

K



Standard Inverse

0.14

0.02

Very Inverse

13.5

1.0


31



Extremely Inverse

80.0

2.0

Long Time Inverse

120.0

1.0


32

2. Filosofi Proteksi Transmisi

Recommend Documents